Stringent limits on - and Lorentz-invariance violation from ~meson decays
Utilizando datos de colisiones protón-protón de 13 TeV del detector LHCb, este estudio establece las restricciones más precisas hasta la fecha sobre la violación de CPT y de la invariancia de Lorentz en el sistema del mesón , midiendo el parámetro que viola la CPT y estableciendo límites sobre los parámetros de violación de Lorentz al nivel de dentro del marco de la Extensión del Modelo Estándar.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo
En el corazón de la física moderna yace un conjunto de reglas tan fundamentales que definen cómo se comporta el universo. Dos de estas reglas son la simetría CPT y la invariancia de Lorentz. La simetría CPT es la idea de que si se invirtiera el tiempo, se intercambiara cada partícula por su opuesta (antimateria) y se volteara el universo como una imagen de espejo, las leyes de la física seguirían siendo exactamente las mismas. La invariancia de Lorentz es el principio de que estas leyes no cambian dependiendo de qué tan rápido te muevas o hacia qué dirección estés orientado. Durante décadas, estos principios se han mantenido firmes ante cada prueba, formando los cimientos de nuestra comprensión de la realidad. Sin embargo, algunas teorías sobre las capas más profundas del universo, como aquellas que intentan explicar la gravedad, sugieren que estas reglas podrían romperse en niveles de energía increíblemente altos. Si lo hicieran, los efectos serían diminutos, ocultos en lo profundo del comportamiento de las partículas subatómicas, esperando ser descubiertos por instrumentos de extrema precisión.
Un equipo de científicos que trabaja con el detector LHCb en el CERN ha realizado una nueva mirada, altamente sensible, a esta cuestión utilizando partículas llamadas mesones B0s. Estos son partículas de vida corta que contienen un quark fondo y que se crean cuando los protones chocan entre sí a casi la velocidad de la luz. Los investigadores se centraron en cómo estas partículas decaen, o se desintegran, en otras partículas a lo largo del tiempo. Específicamente, observaron un sutil patrón de interferencia que aparecería si las reglas de la simetría CPT o la invariancia de Lorentz se rompieran ligeramente. En un mundo donde estas simetrías se mantienen perfectamente, la desintegración de una partícula y de su gemela de antimateria debería seguir un ritmo perfectamente predecible. Si las simetrías fueran violadas, ese ritmo tambalearía de una manera específica, cambiando dependiendo de la hora del día a medida que la Tierra rota y la orientación de las partículas cambia con respecto a las estrellas.
Para encontrar estos tambaleos, el equipo analizó una enorme colección de datos recopilados entre 2015 y 2018. Cribaron miles de millones de colisiones para aislar casi 380,000 instancias donde un mesón B0s decayó en un conjunto específico de partículas hijas: un mesón Ds y un pion. Esta ruta de desintegración específica es particularmente útil porque es muy limpia y predecible, lo que facilita la detección de cualquier desviación diminuta del comportamiento esperado. Los científicos construyeron entonces un modelo matemático detallado de cómo deberían comportarse estas partículas si el universo sigue las reglas estándar, y compararon este modelo con los datos reales. Buscaron signos de que la tasa de desintegración cambiara a medida que la Tierra giraba, lo que indicaría que las leyes de la física eran diferentes dependiendo de la dirección en la que las partículas se movían a través del espacio.
El resultado de esta exhaustiva búsqueda fue una confirmación de que el universo, al menos en las escalas de energía probadas, obedece estas reglas fundamentales. Los investigadores no encontraron evidencia de los tambaleos que señalarían una violación de la simetría CPT o la invariancia de Lorentz, aunque una comparación de las hipótesis oscilatorias y constantes arrojó una significación de 1.8 desviaciones estándar, lo cual es compatible con una fluctuación estadística. Midieron los parámetros que describirían tal violación y los encontraron consistentes con cero, dentro de un margen de error muy pequeño. De hecho, sus mediciones son las más precisas jamás realizadas para este tipo de partícula, llevando la sensibilidad a un nivel donde pueden descartar cualquier violación hasta una escala de aproximadamente una parte en diez a la potencia de catorce. Esto significa que, si estas simetrías se rompen, el efecto es tan increíblemente pequeño que es actualmente invisible incluso para los detectores más poderosos de la Tierra.
Este trabajo no solo confirma lo que ya sospechamos; también estrecha las restricciones sobre cualquier teoría nueva que proponga que el universo es más caótico en sus niveles más profundos. Al demostrar que el mesón B0s se comporta exactamente como se predice, independientemente de la hora del día o de la dirección de su viaje, el estudio refuerza la idea de que las leyes de la física son, de hecho, universales e inalterables. Los investigadores han cerrado efectivamente la puerta a una amplia gama de posibilidades sobre cómo estas simetrías podrían romperse, dejando a los físicos un camino más claro, aunque más desafiante, en su búsqueda para comprender la naturaleza fundamental de la realidad. El universo, al parecer, permanece obstinadamente consistente.
¿Ahogado en artículos de tu campo?
Recibe resúmenes diarios de los artículos más novedosos que coincidan con tus palabras clave de investigación — con resúmenes técnicos, en tu idioma.